스프링클러 소방 및 도시가스 세대용 “T”-분기배관 베벨파이프 레이저 컷팅 및 용접기술로 파이프의 두께살 중 내경기준 맛대기 용접으로 교차부분의 90%이상 완전용입이 될수 있도록 가공하는 3D 가공기술개발이다. 모재와 부재가 서로 교차되는 아연도 파이프 용접부에서 모재의 외경면부터 내경면까지 완전히 용착되어 금속이 용입된 형태의 비드를 갖는 용접 형태로 용...

연차별 세부 목표는 아래와 같다. ▶ 1차연도: 배터리팩 냉각 모듈 특화 단일 히트파이프 형상조건 도출 - 전기자동차 배터리팩 전용 히트파이프 형상, 열적 환경, 제약조건, 및 경제성 조건 조사 - 비등/응축 상변화 방식 단일 히트파이프 수치해석 및 실험 검증 - 곡률 변화와 운전조건에 따른 목표 열저항 (0.2 K/W) 형상조건 도출 ▶ 2차연도: 능동식 냉각 모듈과 열전달 성능 비교를 위한 다수 히트파이프 배열조건 도출 - 배터리팩에 삽입된 다수 히트파이프 냉각 모듈 수치해석 수행 - 섭씨 40도 미만 열적 성능을 만족하는 히트파이프 배열조건 도출 및 능동식 냉각 모듈과 비교 - 머신러닝 및 회귀분석 기반 평균 온도/유용도/엔트로피/경제성 모델 도출 ▶ 3차연도: PSO 최적화 기법을 통한 수동식 냉각 모듈 열-경제성 평가 - 열-경제성 동시 달성을 위한 PSO 최적화 알고리즘 개발 - 100 W 고 발열 조건에 대응하는 수동식 냉각 모듈 최적 설계안 도출 및 능동식 모듈과 비교 - 최적화 전/후 히트파이프 CFD/실험 검증 본 연구에서는 수치해석/실험-모델링-최적화를 고려한 상향식 설계기법을 제안한다. 배터리팩 냉각 모듈 특화 단일 히트파이프 형상조건을 도출하기 위해 시뮬레이션 (CFD, Computational Fluid Dynamics) 및 실험을 활용한다. 지름, 넓이, 곡률 등의 히트파이프 형상조건과 배터리팩 발열 조건, 그리고 전기차 주행조건과 같은 주요 3가지 경계조건을 고려하며 단일 히트파이프의 열저항과 유효열전달 계수를 예측한다. 대상 배터리 셀은 60-80 mm 높이와 20-40 mm 다양한 지름을 가진 원통형으로써, 최대 접촉을 위해 곡률을 가진 히트파이프를 고려한다. 수치해석을 통해 상변화-전도-대류가 동시에 발생하는 복합열전달 방정식을 풀어내며 배터리팩에 냉각 모듈에 특화된 히트파이프 형상조건을 도출한다. 열적 성능에 도달하기 위하여 열저항 0.2 K/W 이하의 히트파이프 곡률 형상조건을 도출한다. 수치해석의 신뢰성을 위해 해당 히트파이프를 실험으로 검증한다. 히트파이프는 자동차 배터리팩에 다수 삽입되어 수동식 냉각 모듈을 수치 해석한다. 배터리 배열조건을 변화시켜 배터리팩 평균 온도 40도로 도달할 수 있는 히트파이프 배열조건을 도출한다. 이후 형상조건과 배열조건을 독립변수로 지정하고, 평균 온도/열효율/엔트로피/부피 목적함수 및 종속변수로 설정하는 수학적 모델링 식으로 구현한다. 모델 식들은 최신 입자 군집 최적화 (Particle Swarm Optimization, PSO) 기법을 활용하여 동일 목표 온도 대비 냉각 모듈의 최소 무게와 최소비용을 도출하여 수동식/능동식 냉각장치 열-경제성을 동시에 비교한다. 최적화 전후 과정 이후 전기 자동차용 히트파이프의 제원은 CFD 및 실험으로 열저항 성능을 검증하여 수동식 냉각 모듈의 우수성을 증명한다.